用于便携式设备照明的电源管理 (图)
2007-02-07
作者：admin
来源：照明工程师社区
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摘要： 由于便携式设备通常小而轻，因此在这方面对电源部分也往往更加苛求。尤其重要的是，在保证便携产品愈加丰富的特性和功能的前提下，电池产品需要能够提供越来越高的能量密度和越来越长的运行时间。
编者按：便携式产品占据着很多的设备细分市场，而这些产品的电源供电问题也引起了普遍关注。由于便携式设备通常小而轻，因此在这方面对电源部分也往往更加苛求。尤其重要的是，在保证便携产品愈加丰富的特性和功能的前提下，电池产品需要能够提供越来越高的能量密度和越来越长的运行时间。
便携式设备中白光LED的发展背景
手持装置中彩色显示器的发展趋势已经引发了用于LCD背光照明的白光LED的需求。白光LED为背光照明彩色LCD提供了理想的外观。另外，它们还具有更加耐用、高效，易于驱动，既小又薄的特点，其噪声也远比早期用于背光照明的冷阴极荧光管小得多。
使用驱动器IC驱动白光的原因
最简单的LED驱动配置是一个电压源和一个限流电阻。但是，驱动器IC却能提供更好的总体性能。它使用一个恒流源控制白光LED，该恒流源在调节LED上的电流时无需考虑电源电压变化或LED正向压降的变化。另外，由于电池电压可能会降到导通LED所需值以下，因此该驱动器还允许您增加施加在LED上的电压。
白光LED驱动器的要求
许多便携式系统使用一个锂离子(Li-ion)电池或多个镍氢(NiMH)电池来驱动用于液晶显示器背光照明的白光LED。驱动器必须为白光LED提供合适的正向电压，该电压的典型值为3.3-4.0V。
驱动白光LED所需的输出配置
LED驱动器可以为并联或串联(b)器件提供电流(图1)。驱动串联转换器时，LED驱动器必须提供多个串联LED所需的足够电压。所以，用于串联式LED的驱动器通常会增加所用电池的电压。并联式LED驱动器仅向单个LED提供所需电压，因此，这些驱动器必须提供匹配良好的电流源，以确保实际流过所有LED的电流完全相等，从而在全部LCD上产生一致的光输出。由于电池电压往往会降到LED的正向电压之下，您还必须增加并联式LED的电压。锂电池电池的电压可能会降到3V至3.2V，LED上的正向压降可能会高达4V。
LED使用何种电源管理拓扑？
绝大多数集成电路驱动器都会使用一个充电泵(开关电容器)或开关式升压转换器。工作在带有脉宽调制(PWM)控制的电流模式下的升压转换器能够在几乎所有LED负载条件下调节反馈电压。充电泵集成电路使用一个开关网络对一个或多个电容器进行充、放电，从而提供一个DC/DC电压转换。开关网络可控制电容器的充、放电状态的切换。“快速电容器”(C1)不断地充电 ，“存储电容器”(C2) 则保持充电并过滤输出电压(图2)。充电泵的一个优点是能够去除与电感器或变压器引起的磁场和电磁干扰(EMI)。不过，接通到“快速电容器”的大充电电流也会产生电磁干扰。
充电泵与升压转换器的比较
您必须考虑便携式系统对效率、尺寸和电磁干扰等因素的要求。几乎在所有设计中，升压转换器都具有较高的效率。但是，为与充电泵的物理尺寸竞争，升压转换器的磁元件尺寸必须做到最小。针对电磁干扰的考虑因素还包含两个通道的PCB布局。
何为“双模充电泵”？
这种充电泵可对锂离子电池的2.7-4.2V可用电压范围进行补偿。一种版本工作在1.5/1 双模状态。电源电压过低时，它工作在1.5 模式，能产生约1.5倍电池电压的输出，从而为LED驱动器升压。当电池电压较高且LED不需要升压时，充电泵工作在1倍模式，此时它的作用仅仅是将输入电压接通到负载而已。这样一来，在电池电压较高时便能减少少输入电流和功耗。
如何调节白光LED的亮度？
其中一个办法是用一个外电阻控制直流电流。或者，您也可以使用一个脉宽调制器控制信号，以肉眼无法感知的速度开、关驱动器的电流源。可感知的总亮度与PWM的工作周期成正比。在50%的PWM工作周期下以15mA电流驱动一个LED所产生的可见亮度，恰好是在100%工作周期下以相同电流驱动一个LED时可见亮度的一半。推荐的最小PWM频率为100Hz。频率过低会产生肉眼可见的摇动和闪烁。推荐的最大PWM频率为1kHz，因为频率过高会产生电磁干扰。
为什么要对白光LED驱动器实施软启动？
软启动可以在启动驱动器时限制输入突波电流。在软启动期间，通过LED输出端的电流将按参考电压斜坡速率上升。而软启动通常能减少驱动器IC的导通时间。
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